一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，包括激光泵浦系统和Stokes激光振荡器，所述的Stokes激光振荡器包括后腔镜、输出镜和非线性晶体，由激光泵浦系统产生的激光束经过谐振腔内的非线性晶体，所述非线性晶体的拉曼与红外活性振动模，产生受激激子散射，产生非线性参量过程：获得0.6-3.0THz的太赫兹波。本发明所述的一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，使用了一种新的晶体设计，在相同的泵浦条件下，能够同时获得N=2,3,4,…,n+1（n为自然数）束太赫兹波输出；例，当N=5时，与只有一束太赫兹波输出相比，太赫兹输出总能量提高了3.6倍。
【专利说明】一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器及其应用
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器及其应用，属于振荡器的【技术领域】。【背景技术】
[0002]受激激子散射是一种产生太赫兹辐射的重要技术，通过某些晶体的受激激子散射可以获得可见，近红外，以及太赫兹波段的连续可调谐激光。与其他技术的太赫兹源，如光整流、量子级联激光器、以及电学的太赫兹源相比，这种基于受激激子散射的太赫兹参量源具有可封装集成、室温工作、使用方便、便于调谐、线宽窄等优点。太赫兹参量源一直是太赫兹产生领域的研究热点之一。现国内外已经有大量关于太赫兹参量源的报道，他们主要利用的晶体LiNb03或者Mg0:LiNb03作为非线性转换的工作介质，这些参量源的耦合方式一般都是光栅耦合、硅棱镜、硅棱镜阵列耦合以及单点的垂直表面发射的耦合方式。基于单点的垂直表面发射的耦合方式获得的太赫兹辐射光束具有很好的光束质量，但只有单点输出，在其他相互作用区域产生的太赫兹辐射均被晶体吸收。因此能否通过对非线性晶体结构的改进以获得多点的表面垂直发射的太赫兹波束，成为本领域所亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明提供一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，该振荡器克服现有技术中耦合效率很低，通过对非线性晶体结构的合理设计，以获得多点的表面垂直发射的太赫兹波束，大大提高了太赫兹波输出的耦合效率，使得耦合效率提高2-4倍。
[0004]本发明还公开了所述多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器的工作方法。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]—种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器,包括激光泵浦系统和Stokes激光振荡器，所述的Stokes激光振荡器包括后腔镜、输出镜和非线性晶体，由激光泵浦系统产生的激光束经过谐振腔内的非线性晶体，所述非线性晶体的拉曼与红外活性振动模，产生受激激子散射，产生非线性参量过程:获得0.6-3.0THz的太赫兹波。本发明所述的太赫兹参量源在非线性晶体侧面的多点处垂直或者近于垂直耦合输出。
[0007]根据本发明优选的，所述非线性晶体，所述的非线性晶体为MgO = LiNbO3或者 LiNbO3，所述非线性晶体的切割方向0=90° , 为任意角度，所述0是泵浦激光与非线性晶体Z轴，Z轴即光轴的夹角，Cj5为非线性晶体X轴与非线性晶体侧面的夹角，非线性晶体的长度为1，非线性晶体的宽度为d，太赫兹出射点数为N，l-d/tan25°〈N ? d/tan25°〈1， 其中N=2，3，4，一11+1, n为自然数；沿非线性晶体的z轴方向，在非线性晶体的的端面与侧面的夹角分别为65°和115°，两端面与两侧面均抛光，沿着非线性晶体z轴视图，所述非线性晶体为平行四边形，其中太赫兹出射点数为N=2，4，6，-2n, n为自然数；或者所述非线性晶体为等腰梯形，其中太赫兹出射点数为N=3，5，7，…2n+l，n为自然数。[0008]根据本发明优选的，所述的非线性晶体MgO = LiNbO3或者LiNbO3的两端面均镀有 1000nm -1lOOnm波长的增透膜。本发明中的所有非线性晶体的长度以及在z方向上的厚度均可以根据具体要求进行选取。
[0009]根据本发明优选的，所述的基于受激激子散射的多点表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，所述的太赫兹参量振荡器输出的太赫兹辐射波的频率是可连续调谐的，通过调整泵浦光与Stokes激光在非线性晶体外的出射角度范围为0.5-3.0°，以获得调谐范围为 0.6-3.0THz。所述Stokes激光为受激激子散射过程中产生的与泵浦光频率相近的光束。
[0010]根据本发明优选的，所述的谐振腔中的后腔镜镀有泵浦光波段的增透膜和 1000nm -1lOOnm波段的高反膜；输出镜镀有1000-1lOOnm波段的高反膜。此处所述高反膜，其反射率大于95%，并且该膜对波长为1.07微米的光具有一定的透射率，此处所述一定的透过率范围为0.01%~99.99%。
[0011]根据本发明优选的，所述激光泵浦系统为LD泵浦的连续激光系统、准连续的重复频率为IOOHz-1OOkHz的脉冲激光系统、闪光灯泵浦或者LD泵浦的低重频的1-1OOHz的激光系统；所述激光泵浦系统的泵浦功率密度> 20MW/cm2。
[0012]所述的LD泵浦的连续激光系统，包括激光二极管LD泵浦源、激光增益介质、激光谐振腔，激光谐振腔由后腔镜和输出镜组成；后腔镜为高反镜，输出镜可以为高反镜也可以具有一定透过率。
[0013]所述的LD泵浦的1-1OOkHz脉冲激光系统，包括激光二极管LD泵浦源、激光增益介质、调Q模块、激光谐振腔，激光谐振腔由后腔镜和输出镜组成；后腔镜为高反镜，输出镜可以为高反镜也可以具有一定透过率。
[0014]所述的闪光灯泵浦的低重频的脉冲激光系统，包括泵浦闪光灯、闪光灯泵浦系统驱动电源、激光增益介质、调Q模块、激光谐振腔、水冷系统，激光谐振腔由后腔镜和输出镜组成；后腔镜为高反镜，输出镜可以为高反镜也可以具有一定透过率。
[0015]所述的激光二极管LD泵浦源可以是连续光泵浦，也可以是准连续光泵浦；可以是 LD端面泵浦源，它包括驱动电源、激光二极管、温控系统、光纤和耦合透镜组；也可以是LD 侧面泵浦源，它包括驱动电源、LD侧泵模块、水冷系统。
[0016]所述的激光谐振腔是直腔，也可以是折叠腔(折叠腔时须加入折叠镜以改变光路途径)，腔长根据需要设定，谐振腔的后腔镜和输出镜的曲率半径和透过率可根据实际情况选择。
[0017]所述的激光谐振腔内的调Q开关与激光增益介质的相对位置可进行调换；在LD侧面泵浦与闪光灯泵浦的情况下，谐振腔内的侧泵模块或者灯泵模块以及激光增益介质、调Q 开关、非线性晶体的相对位置可相互进行调换。
[0018]所述的激光增益介质可以是掺钕(Nd)或掺镱(Yb)的以下诸晶体中的一种:钇铝石榴石(YAG)、钒酸钇(YV04)、钒酸钆(GdV04)、钒酸镥(LuV04)、氟化钇锂(YLF)、铝酸钇 (YAP)、钆镓石榴石(GGG)、钨酸钆钾(KGd(W04)2)等；也可以是键合晶体钇铝石榴石/掺钕钇铝石榴石(￥46/制:￥46)、钒酸钇/掺钕钒酸钇(YV04/Nd:YV04)诸晶体中的一种。
[0019]所述的激光增益介质的掺杂浓度当掺钕时为0.05-at.%至3-at.% ;掺镱时为 0.05-at.%M 10-at.% ?
[0020]所述的激光增益介质的两个端面均镀有对泵浦光波段及1000nm — IIOOnm波段的增透膜。
[0021]所述的调Q装置可以是电光调Q装置、声光调Q装置或可饱和吸收体被动调Q装置中的任意一种:声光调Q装置由射频输入装置和调Q晶体组成，调Q晶体的两端面均镀有 1000nm -1IOOnm波长的增透膜；调制频率为IHz — IOOKHz，通过输入射频波改变调Q晶体的密度，来实现周期性改变激光谐振腔阈值的目的，起到调Q开关作用；电光调Q装置由电光晶体和驱动电源组成，利用晶体的电光效应，对通过其中的激光的相位产生调制，进而改变偏振态，完成开、关门过程，调制频率为IHz — IOOkHz ;可饱和吸收体是利用材料的激发、 跃迁特性，受激吸收时关门、向下跃迁时开门，以此完成对激光的开、关门控制，调制频率为 IHz -1OOkHz。
[0022]所述的冷却系统有两种方式:循环水冷却——晶体侧面均用带有管道的金属块包住，金属块的管道内持续通有循环冷却水，用来给晶体降低温度；半导体制冷——晶体侧面被半导体制冷块包围。
[0023]一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器的工作方法如下:
[0024]激光泵浦源系统发出的泵浦光进入到所述的Stokes激光振荡器的非线性晶体中，与非线性晶体中同时具有拉曼与红外活性的晶体振动模相互作用，产生受激激子散射， 在谐振腔内形成Stokes激光振荡，同时产生太赫兹福射波，并在Stokes激光发生全反射位置的表面垂直耦合出射。
[0025]本发明的优势在于:
[0026]本发明所述的一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，使用了一种新的晶体设计，在相同的泵浦条件下，能够同时获得N=2，3，4，…，n+1 (n为自然数)束太赫兹波输出；例，当N=5时，与只有一束太赫兹波输出相比，太赫兹输出总能量提高了 3.6倍。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1为本发明中的晶体结 构以及光路示意图，
[0028]图2为是本发明的灯泵外腔泵浦MgO: LiNbO3晶体，N=2时的太赫兹参量源的光路结构示意图，
[0029]图3本发明的灯泵外腔泵浦MgO: LiNbO3晶体，N=3时的太赫兹参量源的光路结构示意图，
[0030]图4为本发明的LD侧面泵浦的调Q运转的MgO = LiNbO3太赫兹参量振荡器的光路结构示意图(N=3),
[0031]图5为本发明的LD侧面泵浦的连续运转的MgO = LiNbO3太赫兹参量振荡器的光路结构示意图(N=3),
[0032]图6为本发明的LD端面泵浦的调Q运转的MgO = LiNbO3太赫兹参量振荡器的光路结构示意图(N=2),
[0033]图7为本发明的LD端面泵浦的连续运转的MgO = LiNbO3太赫兹参量振荡器的光路结构示意图(N=2)。
[0034]其中:1.泵浦激光谐振腔后腔镜，2.恒温冷却系统，3.调Q开关，4.起偏器，5.激光增益介质，6.闪光灯泵浦系统，7，泵浦激光谐振腔输出镜，8.半波片，9.太赫兹参量振荡器谐振腔后腔镜，10.太赫兹参量振荡器非线性晶体，11.太赫兹参量振荡器谐振腔后腔镜，12.LD侧面泵浦系统，13.LD泵浦模块，14.光纤，15.耦合透镜组。
【具体实施方式】
[0035]现针对说明书附图和实施例对本发明做详细的说明，但不限于此。
[0036]实施例1、
[0037]如图2，3所示，一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，包括激光泵浦系统和Stokes激光振荡器,所述的Stokes激光振荡器包括后腔镜、输出镜和非线性晶体，由激光泵浦系统产生的激光束经过谐振腔内的非线性晶体，所述非线性晶体的拉曼与红外活性振动模，产生受激激子散射，产生非线性参量过程:获得0.6-3.0THz的太赫兹波。本发明所述的太赫兹参量源在非线性晶体侧面的多点处垂直或者近于垂直耦合输出。
[0038]所述非线性晶体,所述的非线性晶体为MgO = LiNbO3或者LiNbO3,所述非线性晶体的切割方向9=90° , 为任意角度，所述0是泵浦激光与非线性晶体z轴，z轴即光轴的夹角，0为非线性晶体X轴与非线性晶体侧面的夹角，非线性晶体的长度为1，非线性晶体的宽度为山太赫兹出射点数为N，l-d/tan25°〈N ? d/tan25°〈1，其中N=2，3，4，…n+1，n 为自然数；沿非线性晶体的z轴方向，在非线性晶体的的端面与侧面的夹角分别为65°和 115°，两端面与两侧面均抛光，沿着非线性晶体z轴视图，所述非线性晶体为平行四边形， 其中太赫兹出射点数为N=2，4，6，…2n，n为自然数；或者所述非线性晶体为等腰梯形，其中太赫兹出射点数为N=3, 5，7，...2n+l, n为自然数。
[0039]所述的非线性晶体MgO = LiNbO3或者LiNbO3的两端面均镀有1000nm — IlOOnm波长的增透膜。本发明中的所有非线性晶体的长度以及在z方向上的厚度均可以根据具体要求进行选取。
[0040]所述的基于受激激子散射的多点表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，所述的太赫兹参量振荡器输出的太赫兹辐射波的频率是可连续调谐的，通过调整泵浦光与Stokes激光在非线性晶体外的出射角度范围为0.5-3.0°，以获得调谐范围为0.6-3.0THz。所述 Stokes激光为受激激子散射过程中产生的与泵浦光频率相近的光束。
[0041]所述的谐振腔中的后腔镜镀有泵浦光波段的增透膜和1000nm — IIOOnm波段的高反膜；输出镜镀有1000-1lOOnm波段的高反膜。此处所述高反膜，其反射率大于95%，并且该膜对波长为1.07微米的光具有一定的透射率，此处所述一定的透过率范围为0.01%~ 99.99%o`[0042]所述激光泵浦系统为LD泵浦的连续激光系统、准连续的重复频率为 IOOHz-1OOkHz的脉冲激光系统、闪光灯泵浦或者LD泵浦的低重频的1-1OOHz的激光系统； 所述激光泵浦系统的泵浦功率密度> 20MW/cm2。
[0043]具体结构如下:
[0044]一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器包括泵浦激光谐振腔后腔镜1，恒温冷却系统2，调Q开关3，起偏器4，激光增益介质5，闪光灯泵浦系统6，泵浦激光谐振腔输出镜7，半波片8，Stokes激光振荡器后腔镜9，太赫兹参量源的非线性晶体10，Stokes激光振荡器输出镜11。其中9和11构成Stokes激光振荡器的谐振腔，并与腔内放置非线性晶体MgO: LiNbO3晶体10共同构成Stokes激光振荡器；1和7构成泵浦激光振荡的谐振腔，谐振腔中放置的激光增益介质5为掺钕钇铝石榴石(Nd: YAG)激光晶体、电光调Q开关3、起偏器4以及闪光灯泵浦系统6，共同组成太赫兹参量源的泵浦系统。基于受激激子散射的多点 表面垂直发射的太赫兹参量源的工作方法如下:由闪光灯泵浦系统6激发激光增益介质5， 所产生的基频光通过激光谐振腔输出镜7输出，通过半波片8调整偏振态后进入Stokes激 光振荡器中，由于MgO = LINbO3晶体同时具有拉曼和红外活性，因而会产生受激激子散射，产 生Stokes光，同时在Stokes发生全反射的部位产生太赫兹输出。MgO = LINbO3晶体10作为 非线性介质，可以有效的产生Stokes和太赫兹转换，根据入射光的入射角度不同可以获得 0.6-3.0THz范围内的可调谐太赫兹输出。上述Nd = YAG激光晶体5和闪光灯泵浦系统6均 通过冷却系统进行恒温控制，保持温度在20°C。
[0045]所述的激光晶体Nd = YAG晶体5的尺寸为小6mmX IOmm,其掺杂浓度为l_at.%两 个端面均镀有IOOOnm -1lOOnm波长的增透膜(透过率大于99.8%)。
[0046]所述的电光调Q装置3由高压电源和调Q晶体组成，调Q晶体的长度为40mm，两端 面均镀有对IOOOnm -1IOOnm波长的增透膜(透过率大于99.8%);调制频率为10Hz。
[0047]所述的MgO: LiNbO3晶体10的尺寸:晶体长度为70臟，宽度为6.25mm,晶体沿着z 轴的高度为10mm，两端面均镀有对IOOOnm — IlOOnm波段的增透膜(透过率大于99.8%)， 可以实现五束太赫兹波同时输出(N=5)。
[0048]所述的激光谐振腔后腔镜I为平镜，镀有IOOOnm — IIOOnm波段的高反膜(反射率 大于 99.8%)。
[0049]所述的激光谐振腔输出镜7在1.064微米附近波长的镀膜透过率为80%。
[0050]所述的泵浦激光的谐振腔腔长为370mm。
[0051 ] 工作流程:闪光灯泵浦系统6激发掺钕钇铝石榴石Nd: YAG晶体5，当电光调Q装置 3关闭时，泵浦光转为反转粒子存储起来；当Q开关3打开时，积攒的大量反转粒子通过受 激辐射瞬间转为1064.2nm基频光；具有较高峰值功率的基频光输出并进入到太赫兹参量 振荡器的泵浦源，由于MgO = LiNbO3晶体的Al振动模的作用，可以将基频光转为Stokes光， 同时产生太赫兹辐射波。在1064.2nm的单脉冲能量为100mJ、重复频率为10Hz，泵浦角度 固定为1.25。时，获得单束太赫兹辐射通过Golay Cell测量的电压幅值为1.75V，五束太 赫兹输出通过Goaly测量的幅值之和为6.3V，太赫兹辐射的频率为1.53THz。
[0052]实施例2、
[0053]如图4所示，如实施例1所述的一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，其 中Stokes激光振荡器由镜片9、11以及内置的非线性晶体IOMgO = LiNbO3组成;腔镜1、11 以及镜片7组成泵浦激光谐振腔，泵浦激光谐振腔中的放置依次为激光二极管LD侧面泵浦 模块12、声光调Q开关3、起偏器4、激光增益介质5Nd: YAG激光晶体、半波片8和Stokes激 光振荡器，共同组成太赫兹参量振荡器。基于受激激子散射的多点表面垂直发射的太赫兹 参量源的工作方法如下:由LD侧面泵浦系统产生的泵浦光耦合进入激光增益介质5，所产 生的基频光通过Mg0:LiNb03晶体10，由于MgO = LiNbO3晶体的Al振动模具有红外和拉曼活 性，因而会产生受激激子散射，产生Stokes光，同时产生太赫兹辐射波。上述调Q开关3、 MgOiLiNbO3晶体10均通过冷却系统进行温度控制，保持温度为20°C。
[0054]所述的激光二极管LD侧面泵浦模块12是由波长为808nm附近的LD侧泵激光头 (最高功率180W)、驱动电源和水冷箱组成的。
[0055]所述的掺钕钇铝石榴石Nd = YAG晶体5的尺寸为O3mmX68mm，其掺杂浓度为1-at.%两个端面均镀有IOOOnm — IlOOnm波段的增透膜(透过率大于99.8%)0
[0056]所述的调Q装置3由射频输入装置和声光调Q晶体组成，调Q晶体的长度为46mm， 两端面均镀有对IOOOnm -1IOOnm波段的增透膜(透过率大于99.8%);调制频率为lOKHz， 通过输入射频波改变调Q晶体的密度，来实现周期性改变激光谐振腔阈值的目的，起到调Q 开关作用。
[0057]所述的Mg0:LiNb03晶体10的尺寸为70X6X IOmm3两端面均镀有对IOOOnm — I IOOnm波段的增透膜(透过率大于99.8 % )，可以实现五束太赫兹波同时输出(N=5 )。
[0058]所述的谐振腔腔镜1、7、8、9、11均是平镜，镀有IOOOnm — IlOOnm波长的高反膜 (反射率大于99.8%)。
[0059]工作流程:LD侧面泵浦源发出808nm的泵浦光入射到掺钕钇铝石榴石Nd = YAG晶 体5，当声光调Q装置3在关闭时，泵浦光转为反转粒子存储起来；当Q开关3打开时，积攒 的大量反转粒子通过受激辐射瞬间转为1064.2nm基频光；具有较高峰值功率的基频光经 过MgO = LiNbO3晶体10时，由于受激激子散射的作用产生Stokes光与太赫兹辐射波，通过 调整泵浦激光与Stokes光束的角度，可以获得可调谐的太赫兹输出。
[0060]实施例3、
[0061]如图6所不,如实施例1所述的一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器， 其中Stokes激光振荡器由镜片9、11和非线性晶体IOMgO = LiNbO3组成；腔镜1、11以及镜片 7组成泵浦激光谐振腔，泵浦激光谐振腔中的放置依次为激光二极管LD侧面泵浦模块12、 声光调Q开关3、起偏器4、激光增益介质5Nd:YAG激光晶体、半波片8和Stokes激光振荡 器，共同组成太赫兹参量振荡器。太赫兹参量源的泵浦系统包括激光二极管LD13，光纤14， 耦合透镜组15，镜片1、11和7组成的泵浦激光谐振腔以及泵浦激光谐振腔内依次放置的 激光增益介质5为掺钕钇铝石榴石(Nd: YAG)激光晶体、调Q开关3、起偏器4、半波片8共 同组成。基于受激激子散射的多点表面垂直发射的太赫兹参量源由上述的泵浦激光系统以 及泵浦激光谐振腔内放置的Stokes激光振荡器组成。基于受激激子散射的多点表面垂直 发射的太赫兹参量源的工作方式如下:由LD端面泵浦系统产生的泵浦光耦合进入激光增 益介质5,所广生的基频光进入太赫兹参量振荡器，由于MgO = LiNbO3晶体的Al振荡|旲具有 红外和拉曼效应，因而会产生受激激子散射，产生Stokes光与太赫兹辐射波。太赫兹波在 Stokes发生全反射的位置输出。上述调Q开关3、激光增益介质5和Mg0:LiNb03晶体10 均通过冷却系统进行温度控制，保持温度为20°C。
[0062]所述的激光二极管LD13端面泵系统是由波长为808nm附近的LD端面泵浦源(最 高功率25W)及相应的光纤14 (纤芯直径400微米，数值孔径0.22)和耦合透镜组15 (1:1 成像,工作距离50mm)组成。
[0063]所述的激光晶体Nd = YAG晶体5的尺寸为小4mmX 5mm,其掺杂浓度为l_at.%两个 端面均镀有808nm及IOOOnm — IlOOnm波长的增透膜(透过率大于99.8 %)。
[0064]所述的调Q装置3由射频输入装置和声光调Q晶体组成，调Q晶体的长度为38mm， 两端面均镀有对IOOOnm -1IOOnm波长的增透膜(透过率大于99.8%);调制频率为25KHz， 通过输入射频波改变调Q晶体的密度，来实现周期性改变激光谐振腔阈值的目的，起到调Q 开关作用。
[0065]所述的MgO = LiNbO3晶体10的尺寸为70X6X IOmm3两端面均镀有对IOOOnm —IIOOnm波段的增透膜(透过率大于99.8 % )，可以实现五束太赫兹波同时输出(N=5 )。[0066]所述的谐振腔腔镜1、7、8、9、11均是平镜，镀有IOOOnm — IlOOnm波长的高反膜 (反射率大于99.8%)。[0067]工作流程:LD发出808nm的泵浦光经光纤13和耦合透镜组15进入掺钕钇铝石榴 石Nd = YAG晶体5，当声光调Q装置3关闭时，泵浦光转为反转粒子存储起来；当Q开关3打 开时，积攒的大量反转粒子通过受激辐射瞬间转为1064.2nm基频光；；具有较高峰值功率 的基频光经过MgO = LiNbO3晶体10时，由于受激激子散射的作用产生Stokes光与太赫兹辐 射波，通过调整泵浦激光与Stokes光束的角度，可以获得可调谐的太赫兹输出。[0068]实施例4、[0069]如实施例1所述的一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，其区别在于， 只是激光谐振腔内依次放置增益介质5、起偏器4和电光晶体3。[0070]实施例5、[0071]如实施例2所述的一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，其区别在于， 只是激光谐振腔内依次放置增益介质5、起偏器4和调Q开关3。[0072]实施例6、[0073]如实施例2所述的一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，其区别在于， 只是激光谐振腔内依次放置增益介质5、调Q开关3和起偏器4。[0074]实施例7、[0075]如实施例3所述的一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，其区别在于， 只是谐振腔内依次放置激光增益介质5、声光调Q装置3和起偏器4。[0076]激光器的工作流程:LD端面泵浦源发出808nm的泵浦光经光纤和耦合透镜进入 NdiYAG晶体5，当声光调Q开关3关闭时，泵浦光转为反转粒子存储起来；当Q开关3打开 时，积攒的大量反转粒子通过受激辐射瞬间转为1064.2nm基频光；具有较高峰值功率的基 频光经过MgO = LiNbO3晶体10时，由于受激激子散射的作用产生Stokes光与太赫兹辐射波， 通过调整泵浦激光与Stokes光束的角度，可以获得可调谐的太赫兹输出。[0077]实施例8、[0078]如实施例2所述的一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，其区别在于， 只是去掉调Q开关3，或者连续的太赫兹辐射波运转。[0079]工作流程:LD侧面泵浦源发出808nm的泵浦光入射到掺钕钇铝石榴石Nd = YAG晶 体5，产生1064.2nm基频光；基频光经过MgO:LiNbO3晶体10时，由于受激激子散射的作用 产生Stokes光与太赫兹辐射波，通过调整泵浦激光与Stokes光束的角度，可以获得可调谐 的太赫兹输出。[0080]实施例9、[0081]如实施例3所述的一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，其区别在于， 只是所述的声光调Q装置3的射频波调制频率为40kHz ;所述的激光增益介质5是掺钕钒 酸钇(Nd:YVO4),其掺杂浓度为0.5%，尺寸为3_X3_X8mm。[0082]激光器的工作流程:LD端面泵浦源发出808nm的泵浦光经光纤和耦合透镜进入 NdiYVO4晶体5，当声光调Q装置3关闭时，泵浦光转为反转粒子存储起来；当Q开关3打开 时，积攒的大量反转粒子通过受激辐射瞬间转为1064.7nm基频光；具有较高峰值功率的基频光经过Mg0:LiNb03晶体10时，由于受激激子散射的作用产生Stokes光与太赫兹辐射 波，通过调整泵浦激光与Stokes光束的角度，可以获得可调谐的太赫兹输出。[0083]实施例10、[0084]如实施例3所述的一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，其区别在于， 只是所述的调Q装置3为Cr4+:YAG可饱和吸收体被动Q开关，其小信号透过率为81%。[0085]激光器的工作流程:LD端面泵浦源发出808nm的泵浦光经光纤2和耦合透镜组3 进入Nd = YVO4晶体5，当被动调Q开关3关闭时，泵浦光转为反转粒子存储起来；当Q开关3 打开时，积攒的大量反转粒子通过受激辐射瞬间转为1064.7nm基频光；具有较高峰值功率 的基频光经过MgO = LiNbO3晶体10时，由于受激激子散射的作用产生Stokes光与太赫兹辐 射波，通过调整泵浦激光与Stokes光束的角度，可以获得可调谐的太赫兹输出。
【权利要求】
1.一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器,其特征在于，该振荡器包括激光泵浦系统和Stokes激光振荡器,所述的Stokes激光振荡器包括后腔镜、输出镜和非线性晶体，由激光泵浦系统产生的激光束经过谐振腔内的非线性晶体，所述非线性晶体的拉曼与红外活性振动模，产生受激激子散射，产生非线性参量过程:获得0.6-3.0THz的太赫兹波。
2.根据权利要求1所述的一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，其特征在于，所述非线性晶体，所述的非线性晶体为MgO = LiNbO3或者LiNbO3，所述非线性晶体的切割方向0=90°，为任意角度，所述0是泵浦激光与非线性晶体z轴，z轴即光轴的夹角， 小为非线性晶体X轴与非线性晶体侧面的夹角，非线性晶体的长度为1，非线性晶体的宽度为d，太赫兹出射点数为N，l-d/tan25°〈N ? d/tan25°〈1，其中N=2，3，4，…n+1，n为自然数；沿非线性晶体的z轴方向，在非线性晶体的的端面与侧面的夹角分别为65°和115°， 两端面与两侧面均抛光，沿着非线性晶体z轴视图，所述非线性晶体为平行四边形，其中太赫兹出射点数为N=2, 4，6，---211, n为自然数；或者所述非线性晶体为等腰梯形，其中太赫兹出射点数为N=3, 5，7，...2n+l, n为自然数。
3.根据权利要求1或2所述的一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，其特征在于，所述的非线性晶体MgO:LiNbO3或者LiNbO3的两端面均镀有1000nm — IlOOnm波长的增透膜。
4.根据权利要求1所述的一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，其特征在于，所述的太赫兹参量振荡器输出的太赫兹辐射波的频率是可连续调谐的，通过调整泵浦光与Stokes激光在非线性晶体外的出射角度范围为0.5-3.0°，以获得调谐范围为 0.6-3.0THz。
5.根据权利要求2所述的一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，其特征在于，所述的谐振腔中的后腔镜镀有泵浦光波段的增透膜和1000nm — IIOOnm波段的高反膜； 输出镜镀有1000-1lOOnm波段的高反膜。
6.根据权利要求1所述的一种多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器，其特征在于，所述激光泵浦系统为LD泵浦的连续激光系统、准连续的重复频率为IOOHz-1OOkHz的脉冲激光系统、闪光灯泵浦或者LD泵浦的低重频的1-1OOHz的激光系统；所述激光泵浦系统的泵浦功率密度≥20MW/cm2。
7.—种如权利要求1-6所述多点的表面垂直发射的太赫兹参量振荡器的工作方法如下:激光泵浦源系统发出的泵浦光进入到所述的Stokes激光振荡器的非线性晶体中，与非线性晶体中同时具有拉曼与红外活性的晶体振动模相互作用，产生受激激子散射，在谐振腔内形成Stokes激光振荡，同时产生太赫兹福射波，并在Stokes激光发生全反射位置的表面垂直耦合出射。
【文档编号】H01S1/02GK103500911SQ201310493704
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年10月19日 优先权日:2013年10月19日
【发明者】张行愚, 王伟涛, 王青圃, 丛振华, 刘兆军, 陈晓寒 申请人:山东大学